並列配列と順番付きディクショナリによるDelphi RTLの高速化

RAD Studio 12.2では、多くの新機能の追加や多数の機能強化が行われています。そのうちDelphi ランタイムライブラリ (RTL) の分野にも注目すべき機能強化がいくつか行われております。

新しいTParallelArray クラス

System.Threadingユニットには、配列項目に対して &ForやSortなどの処理を並列実行できる新しいTParallelArrayクラスが追加されました。マルチコアシステムでは、これにより処理速度が大幅に向上します。

では、この新しいクラスをどのように使用するのでしょうか?

本ブログでは、2つの同一の配列を作成し、通常のシングルスレッドのSortと新しい並列バージョンでソートするコマンドラインプロジェクトを例に簡単なテストケースをご紹介いたします。

program ParallelArray;
 
{$APPTYPE CONSOLE}
 
{$R *.res}
 
uses
  System.SysUtils,
  System.Classes,
  System.Generics.Collections,
  System.Threading,
  System.Diagnostics;
 
var
  A1, A2: array of Integer;
  I: Integer;
  T: TStopwatch;
 
begin
  try
    SetLength(A1, 100_000_000);
    SetLength(A2, 100_000_000);
    for I := 0 to High(A1) do
    begin
      A1[I] := Random(MaxInt);
      A2[I] := A1[I];
    end;
 
    // Warm up thread pool
    TTask.Create(
      procedure
      begin
        // empty
      end).Start;
 
    // Serial sorting
    T := TStopwatch.StartNew;
    TArray.Sort<Integer>(A1);
    T.Stop;
    Writeln('TArray.Sort: ', T.Elapsed.ToString);
 
    // Parallel sorting
    T := TStopwatch.StartNew;
    TParallelArray.Sort<Integer>(A2);
    T.Stop;
    Writeln('TParallelArray.Sort: ', T.Elapsed.ToString);
  except
    on E: Exception do
      Writeln(E.ClassName, ': ', E.Message);
  end;
  Readln;
end.

program ParallelArray;

{$APPTYPE CONSOLE}

{$R *.res}

uses

System.SysUtils,

System.Classes,

System.Generics.Collections,

System.Threading,

System.Diagnostics;

var

A1, A2: array of Integer;

I: Integer;

T: TStopwatch;

begin

try

SetLength(A1, 100_000_000);

SetLength(A2, 100_000_000);

for I := 0 to High(A1) do

begin

A1[I] := Random(MaxInt);

A2[I] := A1[I];

end;

// Warm up thread pool

TTask.Create(

procedure

begin

// empty

end).Start;

// Serial sorting

T := TStopwatch.StartNew;

TArray.Sort<Integer>(A1);

T.Stop;

Writeln('TArray.Sort: ', T.Elapsed.ToString);

// Parallel sorting

T := TStopwatch.StartNew;

TParallelArray.Sort<Integer>(A2);

T.Stop;

Writeln('TParallelArray.Sort: ', T.Elapsed.ToString);

except

on E: Exception do

Writeln(E.ClassName, ': ', E.Message);

end;

Readln;

end.

今回テストケースの検証のために使用したCPUのスペックは、(Intel(R) Core(TM) i7-10700 CPU @ 2.90GHz) で、このPC環境で実行したところ、585%の改善という素晴らしい結果が得られました。(読みやすくするために出力はミリ秒単位に切り詰められています)

TArray.Sort: 00:00:16.414
TParallelArray.Sort: 00:00:02.889

1 2	TArray.Sort: 00:00:16.414 TParallelArray.Sort: 00:00:02.889

新しいTOrderedDictionary クラス

System.Generics.Collectionsユニットには、TDictionary<K,V>から派生した新しいTOrderedDictionaryクラスが追加されました。このOrdered Dictionaryという順番付きディクショナリは、ディクショナリ内にソートメソッドが統合されたディクショナリクラスです。このクラスを使用することによって、ソートされた順序でデータをナビゲートするfor inループを簡単に作成でき、要素の検索も高速化されます。

例として、以下の手順で実行するプロジェクトをご覧ください。

順番付きディクショナリを作成し、いくつかの要素を追加する
出力と、1億回キーを検索するのにかかった時間を表示する
キーでソートし、再度出力を表示し、1億回の検索呼び出しを繰り返す (はるかに高速です!)
値でソートし、再度表示する
要素を追加する。並べ替え順序で要素が追加されていないことを証明するには、必要に応じて並べ替える必要があります (複数の要素を挿入する場合は、通常、この方が高速です)

program OrderedDictionaryDemo;
 
{$APPTYPE CONSOLE}
 
{$R *.res}
 
uses
  System.SysUtils,
  System.Generics.Collections,
  System.Diagnostics;
 
var
  T: TStopwatch;
 
begin
  try
    var ODict := TOrderedDictionary <string, string>.Create;
    ODict.Add ('one', 'London');
    ODict.Add ('two', 'Berlin');
    ODict.Add ('three', 'Rome');
    ODict.Add ('four', 'Athens');
    ODict.Add ('five', 'Madrid');
    ODict.Add ('six', 'Bruxelles');
    ODict.Add ('seven', 'Paris');
 
    writeln ('Natural');
    for var APair in ODict do
      writeln (APair.Key + ' - ' + APair.Value);
    T := TStopwatch.StartNew;
    for var I := 0 to 100_000_000 do
      ODict.IndexOf('five');
    T.Stop;
    Writeln('IndexOf unsorted: ', T.Elapsed.ToString);
    writeln;
 
    writeln ('SortByKeys');
    ODict.SortByKeys;
    for var APair in ODict do
      writeln (APair.Key + ' - ' + APair.Value);
    T := TStopwatch.StartNew;
    for var I := 0 to 100_000_000 do
      ODict.IndexOf('five');
    T.Stop;
    Writeln('IndexOf sorted: ', T.Elapsed.ToString);
    writeln;
 
    writeln ('SortByValues');
    ODict.SortByValues;
    for var APair in ODict do
      writeln (APair.Key + ' - ' + APair.Value);
    writeln;
 
    writeln ('SortByValues plus extra item');
    ODict.Add ('eight', 'Prague');
    for var APair in ODict do
      writeln (APair.Key + ' - ' + APair.Value);
    writeln;
 
    readln;
  except
    on E: Exception do
      Writeln(E.ClassName, ': ', E.Message);
  end;
end.

program OrderedDictionaryDemo;

{$APPTYPE CONSOLE}

{$R *.res}

uses

System.SysUtils,

System.Generics.Collections,

System.Diagnostics;

var

T: TStopwatch;

begin

try

var ODict := TOrderedDictionary <string, string>.Create;

ODict.Add ('one', 'London');

ODict.Add ('two', 'Berlin');

ODict.Add ('three', 'Rome');

ODict.Add ('four', 'Athens');

ODict.Add ('five', 'Madrid');

ODict.Add ('six', 'Bruxelles');

ODict.Add ('seven', 'Paris');

writeln ('Natural');

for var APair in ODict do

writeln (APair.Key + ' - ' + APair.Value);

T := TStopwatch.StartNew;

for var I := 0 to 100_000_000 do

ODict.IndexOf('five');

T.Stop;

Writeln('IndexOf unsorted: ', T.Elapsed.ToString);

writeln;

writeln ('SortByKeys');

ODict.SortByKeys;

for var APair in ODict do

writeln (APair.Key + ' - ' + APair.Value);

T := TStopwatch.StartNew;

for var I := 0 to 100_000_000 do

ODict.IndexOf('five');

T.Stop;

Writeln('IndexOf sorted: ', T.Elapsed.ToString);

writeln;

writeln ('SortByValues');

ODict.SortByValues;

for var APair in ODict do

writeln (APair.Key + ' - ' + APair.Value);

writeln;

writeln ('SortByValues plus extra item');

ODict.Add ('eight', 'Prague');

for var APair in ODict do

writeln (APair.Key + ' - ' + APair.Value);

writeln;

readln;

except

on E: Exception do

Writeln(E.ClassName, ': ', E.Message);

end;

end.

出力結果は、以下の通りです。

Natural
one - London
two - Berlin
three - Rome
four - Athens
five - Madrid
six - Bruxelles
seven - Paris
IndexOf unsorted: 00:00:01.2720716
 
SortByKeys
five - Madrid
four - Athens
one - London
seven - Paris
six - Bruxelles
three - Rome
two - Berlin
IndexOf sorted: 00:00:00.6366114
 
SortByValues
four - Athens
two - Berlin
six - Bruxelles
one - London
five - Madrid
seven - Paris
three - Rome
 
SortByValues plus extra item
four - Athens
two - Berlin
six - Bruxelles
one - London
five - Madrid
seven - Paris
three - Rome
eight - Prague

Natural

one - London

two - Berlin

three - Rome

four - Athens

five - Madrid

six - Bruxelles

seven - Paris

IndexOf unsorted: 00:00:01.2720716

SortByKeys

five - Madrid

four - Athens

one - London

seven - Paris

six - Bruxelles

three - Rome

two - Berlin

IndexOf sorted: 00:00:00.6366114

SortByValues

four - Athens

two - Berlin

six - Bruxelles

one - London

five - Madrid

seven - Paris

three - Rome

SortByValues plus extra item

four - Athens

two - Berlin

six - Bruxelles

one - London

five - Madrid

seven - Paris

three - Rome

eight - Prague

RTLのさらなる機能強化

TRegistryクラスは、rdMultiStringのサポートが改善され、新しいメソッド ReadNoneおよびWriteNone(Windowsのレジストリ値の型であるREG_NONEにマップ)が追加されました。
System.DateUtilsのRFC822形式の日付のサポートが改善されました。
RAD Studioに同梱されているDelphiランタイムパッケージ向けのマップファイルが提供されるようになりました。

今回のブログは以上となります。RAD Studio 12.2で追加された多くの新しいRTL機能を、ぜひプロジェクトで活用してください。

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